基于FFT相位差的载波估计算法仿真与改进

由于栅栏效应,直接用FFT估计频率和相位仅能获得非常粗的精度。精确的估计需要在FFT谱线基础上做进一步的插值等运算。文献[1,2]提出了基于FFT相位差的载波频率和相位估计算法,利用两段FFT谱线间的相位差消除了栅栏效应的影响,获得了精确的估计。但经过仿真,该文献提出的方法估计性能依赖于所估计信号的频率,在某些频率点能获得很好的估计性能,但在少数频率点附近性能恶化严重。对该问题进行了理论分析,找出性能恶化的原因所在并提出了改进办法,克服了原文献算法的缺点。仿真表明,在整个频率动态范围内,改进后算法都非常稳定,具有很好的估计性能。同时改进后算法同样运算简单,便于实现。     

全相位FFT相位差频谱校正法改进

基于全相位快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）的相位差频谱校正法由于未计及负频率的影响,导致低频信号参数估计精度下降。针对此问题,提出一种改进的全相位FFT相位差频谱校正法,该算法在计算传统FFT时,消除了负频率对频谱分析的影响。介绍了全相位频谱分析原理及全相位FFT相位差频谱校正算法,分析了负频率对低频信号频谱分析造成影响的原因。在计及负频率影响的情况下推导了非整周期采样条件下单频余弦信号的频率、幅值和相位的计算公式。仿真结果表明,计及负频率影响的算法提高了基于全相位FFT的相位差频谱校正法对低频余弦信号参数估计的精度,算法抗噪性能得到改善。     

基于加权子空间拟合的干涉相位估计方法

提出复合导向矢量的概念,并通过对测量的信号子空间与复合导向矢量张成的子空间进行拟和,推导出一种基于加权子空间拟合思想的干涉相位估计方法,该方法具有自适应图像配准和降低相位噪声功能,因而可以在图像配准精度很差(可以允许达到一个分辨单元)的条件下准确地估计相应像素间的干涉相位.仿真和实验数据表明估计结果优于基于子空间投影方法的估计结果.     

分段采样信号的相位关联技术

分析了分段采样信号在复平面单位圆上的分布特征。针对采样点与分段信号在单位圆上分布不同,在此基础上提出了直接相位积累法和旋转相位积累法将分段采样信号进行相位关联,以实现相参积累和提高频率估计精度。直接相位积累法计算量大,抗噪声能力强,旋转相位积累法计算量小,抗噪声能力弱。这两种方法既可用于多段线性调频连续波探测回波的积累检测,也可用于多个相参脉冲信号的积累与频率估计。通过仿真验证了所提方法的有效性。     

改进的全相位时移相位差频谱分析算法

针对全相位频谱分析算法对采样序列中心样点有特殊要求以及当频偏量绝对值为0.5时会影响频率估计值的问题,提出了一种改进的全相位时移相位差频谱分析算法。该算法首先对序列向左循环移动一位,形成只有一位时移关系的两个序列,〖JP2〗然后分别进行全相位快速傅里叶变换(all phase fast Fourier transform, APFFT),计算过程中忽略相位差补偿值,避免频偏量的引入,通过两序列主谱线间相位差的直接计算便可得到信号的频率和初相估计值。仿真实验表明该算法计算简单,适用范围广,参数估计精度高且频率估计精度稳定性好。     

基于干涉相位的两步法高精度无模糊时延估计

传统时延估计方法面临精度与分辨率的基本矛盾,难以一次性获得高精度无模糊的估计值。针对该问题提出一种基于干涉相位的两步法高精度无模糊时延估计方法。在得到信号互相位谱以后,首先利用Kalman滤波器增强干涉相位的抗噪声性能,在大频率孔径下得到无模糊低精度预估值,第二步利用该值作为先验模型引导单一频率上相时延的模糊度解算,在该步骤中充分利用信号频段内丰富的频率信息得到多个估计值,再采用基于中位数信任域的方法对多个结果统计平均,提升了频带利用率,并且进一步提高了估计精度。仿真结果验证了所提方法正确性和有效性,对于10 MHz且信噪比高于18 dB的信号,精度优于1 ps。     

结合局部频率估计的小波域InSAR相位滤波新方法

干涉相位噪声的存在直接影响相位解缠的效果及最终干涉测量的精度。针对这一问题,本文提出了一种结合局部频率估计的小波域干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)相位滤波方法。根据局部频率估计可以判断出干涉相位小波系数中包含有用信息的子带。结合VisuShrink和NeighShrink两种小波阈值收缩方法分别具有去噪效果好和细节保持能力强的特点,对有用信息所在子带的小波系数利用NeighShrink方法进行阈值收缩,而对其他子带的小波系数则利用VisuShrink方法进行阈值收缩,从而尽可能地滤除噪声,同时保持干涉条纹的细节信息不被破坏。仿真和实测数据实验验证了本文提出的滤波方法的有效性。     

欠采样条件下相位编码信号参数估计

针对宽频段的相位编码脉冲压缩雷达信号,提出了一种在时空欠采样情况下估计相位编码信号子脉冲码率、载频、到达角的时频空三维估计方法。该方法综合时频分析和阵列信号处理方法,利用相位编码信号短时傅里叶变换的幅相特性和非均匀L阵的解角度模糊特性,不需要相位编码信号先验信息,对所采用的时频分析方法具有自适应性,对阵列形式无严格要求,具有更实际的应用价值。仿真实验证明了该方法的有效性。     

相参信号频谱的精确估计

首先讨论了用离散傅立叶变换对信号频谱的幅值、频率、相位进行精确估计的两种方法,在此基础上提出了一种对多个相位相参的分段信号进行频谱估计的新方法,该方法充分利用了各段信号之间的相位关系,通过相位联系对由单段信号得到的频谱估计做进一步的修正。仿真结果显示,本算法有很高的精度,在一定的信噪比下,其频率估计精度比单段信号大约可提高一个到两个数量级。     

基于二维干涉式APES算法的分布式相参阵盲DOA估计

结合干涉雷达的天线结构和二维波达方向（direction of arrival, DOA）估计方法,提出一种基于二维干涉式幅相估计的分布式相参阵盲DOA估计算法。利用二维干涉式幅相估计算法的空间谱和模型阶数选择准则获得目标个数和目标方向余弦的粗估计;使用子阵间的相位中心偏移来获得目标方向余弦的精估计;针对分布孔径带来的测角模糊问题,采用双尺度解模糊算法实现分布式阵列的高精度方向估计。仿真结果验证了分布式相参阵的高精度测角性能及所提算法的有效性,也验证了分布阵DOA估计中存在基线模糊门限。     

基于相位校正信号的变频系统时延测量方法

针对现有群时延测量方法在宽带变频系统测量中,测量效率低、没有有效的群时延解模糊方法的问题,提出了一种基于相位校正（phase calibration,PCAL）信号的高精度时延测量方法和基于扩展中国余数定理（Chinese remainder theorem,CRT）的时延解模糊方法。利用PCAL信号梳状谱的频率特性,通过一次测量即可得到整个测试带宽内不同孔径下的群时延特性。推导了扩展CRT算法稳健的条件,给出了详细的群时延解模糊策略。计算机仿真结果表明,新方法的相对时延测量精度和相对解模糊精度最高可达到ps量级。实际设备测试结果表明,相对时延测量精度达到了0.01 ns量级,CRT相对解模糊精度约为0.1 ns量级。     

基于SINS舰船升沉测量误差分析与补偿

在利用捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system, SINS)对舰船升沉运动测量中,针对传统方法采用积分环节和数字高通滤波器组合引起相位超前的问题,分析了超前相位对升沉测量精度的影响,提出了增加相应低通滤波器进行相位校正的方法。针对实际工程应用中升沉监测点与舰船重心(center of gravity, COG)往往不重合的问题,定义两者之间的距离为测量杆臂,分析了舰船升沉测量过程中由测量杆臂引起的杆臂升沉的产生机理,提出了杆臂升沉的计算方法,最终给出监测点处升沉的精确测量算法。仿真结果表明,提出的监测点处升沉测量算法测量误差在0.05 m以内,具有较高的精度和稳定性。     

一种基于FFT的高动态GPS信号快速捕获方法

对高动态GPS信号快速捕获问题进行了研究,提出了一种适应高动态环境,捕获时间短的捕获方法。该方法采用多普勒频域串行捕获,时域由FFT代替滑动相关的并行捕获的二维策略,从而大大提高了高动态GPS接收机的信号捕获性能。分析了基于FFT的快速捕获原理和软件实现,并通过对实测的GPS信号的捕获验证了该捕获方法的正确性。     

正负频率步进信号精确测速算法

利用正负频率步进信号特殊的信号波形,提出了一种复合测速算法。其核心思想是从不同的角度巧妙地利用回波间的相关性,通过分析与速度有关的相位或距离信息完成目标速度估计。所提算法不仅有效地利用了运动目标帧间距离走动的信息,还充分利用了运动目标在正负频率步进信号体制下耦合时移相反的特性,其结果能够直接实现高速运动目标的精确测速,完成目标微动特性的测量。仿真结果证明了所提算法的有效性。     

模拟鉴相圆阵干涉仪测向性能的提高及其验证

模拟鉴相圆阵干涉仪相对于数字鉴相需要较高的信噪比,故其测向性能即解模糊概率和测向精度较低。针对这一问题提出两种提高其测向性能的方法,分别为改进型相位积累法和最优基线法。改进型相位积累法用于提高解模糊概率和测向精度,解决了因模拟鉴相特有的±π附近的相位跳变性造成的传统积累错误的问题。最优基线法以某一基线组合对应的方位角为参考输出测向精度最高的基线组合对应的方位角和俯仰角,用于提高测向精度。两种方法可组合使用。仿真和实测结果均表明了这两种方法的有效性和正确性。     

基于FFT的高动态GPS信号捕获方法优化

针对高动态环境下的GPS接收机对信号捕获速度的要求,提出一种基于小波变换和优化快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的信号捕获方法。在基带信号预处理阶段,对采样后的中频信号进行小波变换,利用逼近信号完成码相位和多普勒频移的估计,降低基带处理信号的数据率;综合基2FFT、基4FFT和素因子算法(prime factor algorithm, PFA)的优势,对捕获过程中的大量FFT运算进行优化处理,提高运算效率。仿真结果表明,改进处理的基于FFT捕获方法可以有效地缩短捕获时间,改善基带模块性能。     

基于载波相位的接收机群时延测量技术

针对传统群时延测量方法无法达到皮秒级测量精度要求的问题,提出一种基于载波相位的接收机群时延测量技术.该方法在通道群时延特性为分段抛物线假设的前提下,利用窄带扩频信号的载波相位观测量对分段抛物线系数进行搜索固定,通过抛物线函数固定整周模糊度,结合载波相位反映各频点的群时延.仿真结果表明,该测量技术可以精确固定整周模糊度,...     

基于相位差变化率测量的单站定位方法

利用观测平台相对目标辐射源的运动信息,在测角基础上增加相位差变化率信息可实现对目标被动定位,但该定位方法通过相位差法测角,需要增加设备以解相位模糊.针对上述不足,提出一种三角基线只测相位差变化率的定位方法,该方法通过测量两组相位差变化率解得方位角,避免了解模糊运算.给出了测角误差、定位误差表述式,通过仿真分析了相位差变化率对测角精度、定位精度的影响.     

基于宽带LFM雷达的弹道目标精确测速方法

由于弹道中段末期稀薄大气对轻诱饵具有明显的减速作用,精确的速度测量是该阶段真假目标识别的重要途径之一。提出了一种基于宽带线性调频(linear frequency modulation,LFM)雷达回波信号的精确测速方法,该方法对雷达中频回波信号相位差进行最小二乘参数估计,完成弹道目标速度的精确测量。针对低信噪比条件下的精确测速问题,采用恒虚警率(constant false alarm rate,CFAR)检测与形态学滤波相结合的技术对噪声进行抑制,有效地提高了算法的鲁棒性和测速精度。对典型弹道目标的动态雷达特征信号及测速算法进行了仿真和分析,验证了算法的有效性。